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研究生:吳俊杰
研究生(外文):Chin-jay Wu
論文名稱:超寬頻脈衝通訊系統之射頻前端電路整合之研究
論文名稱(外文):A Study of the Integrations of RF Front-end Circuits of Ultrawideband Impulse-radio-based Communication Systems
指導教授:馬自莊
指導教授(外文):Tzyh-Ghuang Ma
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:電機工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:119
中文關鍵詞:微波取樣器時域反射量測系統超寬頻系統高斯脈衝產生器
外文關鍵詞:microwave samplertime-domain reflectometryultrawideband systwmgaussian pulse generator
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本論文為超寬頻脈衝波之射頻前端電路整合之研究。本論文將此系統應用於時域反射量測系統與超寬頻無線脈衝傳輸系統中。
本論文首先討論時域反射量測系統之原理與電路架構,並針對超寬頻系統接收端的核心電路:『微波取樣器』進行簡介。論文第三章為為時域反射量測系統收發模組電路整合研製,並分析接收端之量測結果期以改善電路效能。利用不同長度與不同終端負載之反射傳輸線,吾人證明此系統於實際測距的精確度可達一公分以下。
本論文於第四章提出超寬頻脈衝傳輸系統之射頻模組原型設計,該系統可用於短距離之高速無線傳輸。利用基頻控制觸發源與脈衝產生器,可於發射端產生調變位元串,並由超寬頻天線傳送至空間中。經由接收端之微波取樣電路進行取樣後,可由低通濾波器進行訊號之解調變。此原型電路架構充分驗證超寬頻脈衝傳輸系統之傳輸能力。
This thesis investigates the integrations of RF front-end circuits of an ultrawidebsystem. Two applications, the time-domain reflectometry(TDR) and the ultrawideband impulse-radio-based communication system, are implemented in Chapters 3 and 4, respectively.
Firstly, we discuss operation principle and circuits configuration of time domain reflectometry system level measuring system. The microwave sampler, a core building block in the receiving module, is briefly discussed as well. In Chapter 3, we investigate the integration of the RF module in a time domain reflectometry system. The experimental results at the receiving front-end are studied to improve the circuit performance. According to the experimental results using various lengths of transmission lines and loading conditions, we demonstrate that the resolution of the proposed TDR system can be as small as 1cm.
In Chapter 4, we propse aprototype front-end circuit for impulse-ratio-based ultrawideband communication system. This system aims at hight speed short range application. By utilizing an external source excition, pulse generator and an ultrawideband antenna, the ultrawideband system is capable to of transmitting modulated bit strams. At the receiving front-end, the modulated bit strams are demodulated by the microwave sampler along with a low pass filter. The prototype RF front-end module demonstrates the transmission capability of impulse-radio-based ultrawideband system.
摘 要 I
Abstract II
致 謝 III
目 錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XIV
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 2
1.3 章節概述 3
第二章、時域反射系統之原理與電路架構介紹 4
2.2 時域反射量測 (TDR) 系統之基本原理 4
2.3 時域反射量測系統射頻模組簡介 5
2.4 發射端RF前端電路模組之工作原理 6
2.5 接收端RF前端電路模組之工作原理 7
2.5-1 微波取樣器之工作原理 7
2.5-2 本地樣板脈衝串列(LO)之脈衝產生器 8
2.5-3 微型化魔術T電路 8
2.6 結語 9
第三章、時域反射量測系統之收發端模組研製 18
3.1 前言 18
3.2 發射端高斯脈衝列產生器之研製 18
3.2-1 基頻觸發源之時脈振盪器工作原理 18
3.2-2 基頻觸發源之時脈振盪器實作量測 19
3.2-3 高斯脈衝串列產生器之模擬 19
3.2-4 高斯脈衝串列產生器之實作量測 20
3.3 接收端模組之微型化微波取樣器研製 20
3.3-1 基頻觸發源之時脈振盪器工作原理 20
3.3-2 基頻控制觸發源之時脈振盪器實作量測 20
3.3-3 本地樣板脈衝串列產生器之模擬 21
3.3-4 本地樣板脈衝串列產生器之實作量測 21
3.3-5 微形化微波取樣器之電路架構 21
3.3-6 微形化微波取樣電路效能之改良 23
3.4 時域反射量測系統收發端模組之初步整合 24
3.4-1量測結果 24
3.4-2 RF至IF端之漏波問題探討 24
3.4-3 RF至IF端之漏波問題改善與量測結果 25
3.5 時域反射量測系統收發端射頻模組之全系統整合 26
3.5-1 同軸電纜線之分析 26
3.5-2 時域反射量測系統整合之量測結果 27
3.5-3 低通濾波器之研製 28
3.5-4 含低通濾波器之時域反射量測系統整合量測結果 28
3.5-5 時域反射量測系統之參數變化量測分析 29
3.6 結論 30
第四章、超寬頻脈衝傳輸之射頻前端模組研製 64
4.1 前言 64
4.2 超寬頻脈衝傳輸系統之射頻前端模組電路簡介 64
4.3 超寬頻脈衝傳輸系統之發射射頻前端模組 65
4.3-1 時脈振盪器之特性 65
4.3-2 時脈振盪器之實作量測 66
4.3-3 倍頻器之特性 66
4.3-4 倍頻器之實作量測 67
4.3-5 單刀雙擲開關(Single Pole Double Throw , SPDT)之特性 67
4.3-6 單刀雙擲開關(Single Pole Double Throw , SPDT)之實作量測 67
4.3-7 運算放大器(Operational Amplifer , OPA)之設計 68
4.3-8 發射端脈衝產生器電路之整合 68
4.3-9 超寬頻天線 68
4.4 超寬頻脈衝傳輸系統之接收射頻前端模組 69
4.4-1 時脈振盪器之特性 69
4.4-2 時脈振盪器之實作量測 69
4.4-3 倍頻器之實作量測 69
4.4-4 運算放大器(Operational Amplifer , OPA)之設計 70
4.4-5 本地樣板脈衝產生器電路之整合 70
4.5 超寬頻脈衝傳輸系統收發射頻前端模組之量測與分析 71
4.6 結語 72
第五章 結論 103
參考文獻 104
[1] Task group 3a homepage: http://www.ieee802.org/15/pub/TG3a.html

[2] UWB, Forum homepage: http://www.uwbforum.org/

[3] 中華民國招商網: http://investintaiwan.nat.gov.tw/zh-tw/news/200606/2006060501.html

[4] 聯合新聞網: http://mag.udn.com/mag/digital/storypage.jsp?f_ART_ID=91061

[5] 周金鋒,「超寬頻系統射頻前端電路模組之研究」,碩士論文,國立台灣科技大學,臺北(2007)

[6] Finetek Co. Ltd., technical report on TDR system.

[7] 馬自莊、楊成發、吳俊杰、鄭柏凱、周金鋒, “時域反射量測系統之脈衝產生器研製”,期末報告, 2005年12月。

[8] 馬自莊、楊成發、周金鋒, “液面時域反射量測系統射頻電路模組研製”,期末報告, 2007年1月。

[9] H. Kida, ”Measured and simulated results of impulse generator using step recovery diode,” IEICE
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[10] K. A. Remley and D. F. Williams, “Sampling oscilloscope models and calibrations”, IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig. Philadelphia, PA, 2003, pp. 1507-1510.

[11] Microwave&RF homepage:http://www.metelics.com/mss50.htm

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[14] ANALOG DEVICE homepage: http ://www.analog.com/en/prod/0%2C2877%2COP27%2C00.
html
[15] Digi-Key:http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail?name=300-7220-1-ND

[16]Texas Instruments homepage:http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/sn65lvds150.html#features

[17]Texas Instruments homepage:http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/sn65lvd.html

[18]Texas Instruments homepage:http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ts5a3157.html

[19]Texas Instruments homepage:http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ths3202.html

[20]J. A. Evans, F. Leon Lerma and M. I. Ammann , “ Printed Planar Monopole Antenna with Electromagnetically Coupled Elements, ” High Frequency Postgraduate Student Colloquium, 6-7 Sept. 2004.

[21]Digi-Key: http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail?name=300-8276-1-ND

[22]Texas Instruments homepage: http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/opa695.html
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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